статья в журнале биофизика

Воздействие на клеточном уровне
Живая
клетка
является
источником
(генератором)
волн
миллиметрового диапазона (от 1 до 10 мм) и частота их крайне велика — от
30 до 300 ГГц и выше. Биологические объекты являются единственным
естественным источником КВЧ-волн на Земле (КВЧ — крайне высокие
частоты). При комнатной температуре в полосе 100 МГц собственное
излучение тела человека составляет примерно 10-8 мВт. Это составляет
ничтожную долю от полной мощности электромагнитных волн, излучаемых
телом человека. Собственное КВЧ-излучение используется живыми
организмами для управления адаптационными процессами в собственном
организме, для информационного обмена между клетками и даже другими
биологическими объектами. Именно эти волны связывают все клетки нашего
организма в единое целое, и если их индуцировать с помощью приборов, то
они будут благотворно воздействовать на здоровье человека. Любое
заболевание начинается с нарушения согласованной работы клеток, в том
числе нормального взаимодействия клеток между собой. Излучение
здоровых и больных клеток разное. В этой ситуации внешнее воздействие
КВЧ-излучением, имитирующим собственное излучение биологического
объекта, позволяет восстановить нормальную работу клеток. В результате
восстанавливается излучение, свойственное здоровым клеткам. Если, по этой
аналогии использовать излучение не только здорового, но и значительно
более молодого организма в отношение менее здорового и стареющего, то
можно наблюдать эффект, аналогичный при обменном переливании
донорской цельной крови от молодых животных (Гарвард, Amy J. Wagers,
2010), (человека А.А. Богданов, 1927) пожилым животным (человеку).
Рис.1 Система анализа КВЧ-сигналов
Система передачи КВЧ-сигналов между живыми организмами
способно «транслировать» определенный спектр выделенных ЭМИ с
молодого, здорового, совместимого по определенным параметрам («донора»)
реципиенту. Не смотря на то, что технически задача решается в очень
широком диапазоне, который выделен в отдельные «блоки» за счет
конструктивных
особенностей
аппаратуры
(радио,
оптического,
инфракрасного
диапазонов),
особо
выделяется
гигагерцовый
и
террагерцовый диапазоны частот. Г. Фрёлих в 1977-1988 гг. обосновал
теоретически и получил экспериментальные доказательства факта
продуцирования живыми клетками переменных электромагнитных полей.
Мощность электромагнитных колебаний, излучаемых электрическими
диполями клеточных мембран, равна примерно 10-23 Вт в узкой полосе
частот. Следовательно, для живых клеток столь низкая величина мощности
является значимой величиной, то есть клетки должны быть чувствительны к
внешним излучениям в КВЧ-диапазоне с мощностью такого же порядка
величин. Идея о чувствительности биологических объектов к слабым
электромагнитным полям согласуется с предположением о том, что ММволны являются «родными» для живых организмов и могут использоваться
ими для управления основными физиологическими функциями. Важную
роль во взаимодействии КВЧ-излучения и биологических объектов играет
вода - основной компонент живых систем, составляющей 65-80% массы тела
человека, которая выступает широкополосным поглотителем ММ-волн.
Считается, что КВЧ-излучение практически полностью затухает в покровных
тканях организма на глубине 0,5-0,7 мм. В работе Н.И.Синицына и соавт.
(1998) обсуждается новый физический механизм высокой чувствительности
водосодержащих биологических объектов к слабым электромагнитным
полям. Этот эффект связан с открытием саратовскими физиками
собственных резонансных частот у водных кластеров, лежащих в диапазоне
частот примерно 50-70 ГГц. При облучении биологических объектов
слабыми электромагнитными волнами на этих частотах имеет место захват
молекулярными водными осцилляторами частоты внешнего сигнала и
усиление по типу синхронизированной генерации. Волны на этих частотах
распространяются в водных средах с очень малыми потерями, и,
следовательно, могут проникать на большую глубину. Было обнаружено, что
находящиеся в водных растворах гидратированные ионы калия и натрия
имеют неодинаковую чувствительность к ММ-излучению разных частот
(Кудряшова В.А. и соавт.). Так как многие процессы в клетках зависят от
работы калий-натриевого насоса, с помощью КВЧ можно на них
воздействовать. Вследствие своих физических характеристик ММ-волны
могут воздействовать на вращательные степени свободы молекул и влиять на
их конформационные состояния. Это может приводить к изменению
функциональной активности биомолекул и соответственно к изменению
скорости биохимических реакций. Скорее всего ЭМИ КВЧ приводит к
изменению гидратных оболочек биополимеров, и даже ДНК (Калантарян
В.П., Бабаян Ю.С., 2009). По мнению Лебедевой Н.Н. и соавт. (1992),
первичной молекулярной мишенью при воздействии ММ-волн являются
рецепторные белки на клеточных мембранах. Воздействие на них
осуществляется через молекулы связанной с ними воды, вследствие чего
белки переходят в функционально активное состояние и оказывают влияние
на метаболические процессы в клетках. Подтверждением этого подхода
служат изменения физико-химических свойств крови больных и липидного
состава клеточных мембран под действием КВЧ-излучения (Рубин В.И.,
Мельникова Г.Я., 1992). В силу того что большинство процессов,
происходящих в живом организме, зависят от работы калий-натриевого
насоса в клетке, с помощью КВЧ-сигналов принципиально возможно
управлять различными процессами в организме. Особенностями
взаимодействия ЭМИ КВЧ с биологическими объектами являются: – только
волны в КВЧ диапазоне, по-видимому, могут создавать так называемые
акустоэлектрические волны в бислойных мембранах клетки, что может
привести к сильному влиянию на все функции клетки (Девятков Н. Д.,
Голант М. Б., Бецкий О. В., 1991); – миллиметровые волны (ММ-волны)
значительно сильнее волн других диапазонов поглощаются в содержащей
большое количество воды коже человека (Кудряшова В. А., Завизион В. А.,
Бецкий О. В., 1999); – размеры микроанатомической неоднородности кожи
оказываются соизмеримыми с длиной волны КВЧ-излучения, что может
привести к изменению рассеивающих свойств микронеоднородностей кожи,
– все это обусловливает сильную частотную зависимость биологического
эффекта, при этом взаимодействие имеет узко-резонансный характер
(Андреев Е. А., Белый М. У., Ситько С. П., 1984); – происходит значительное
поглощение ММ-волн в атмосфере Земли (парами воды, молекулярным
кислородом), что могло способствовать защите живых организмов в процессе
эволюции от возможных внешних электромагнитных полей (Бецкий О. В.,
Девятков Н. Д., Кислов В. В., 1999).
Перечисленные свойства могут быть объяснены с точки зрения
нелинейности и неравновесности живых систем. Качественно новые
динамические структуры проявляются за счет неравновесного фазового
перехода (Хакен Г., 1991). Основной загадкой ЭМИ КВЧ остается
резонансная зависимость биоэффектов. Было установлено, что в случае
функциональных нарушений организм человека приобретает чрезвычайно
высокую, резонансно-зависящую от частоты и локализованную на
поверхности тела чувствительность к ЭМИ КВЧ (Андреев Е. А., Белый М. У.,
Ситько С. П., 1984). Одними из первых начали разрабатывать подход к
объяснению механизмов воздействия КВЧ излучения на живые организмы
Н.Д. Девятков, М. Б. Голант с сотрудниками (1991). Основные идеи данного
направления можно представить следующими положениями: живые
организмы излучают волны в КВЧ диапазоне; собственное КВЧ излучение
используется живыми организмами для целей управления и регулирования
восстановительными и приспособительными процессами в организме;
излучение организмов в норме и при патологии разное, и излучение
терапевтического аппарата, имитируя собственное излучение биологического
объекта, оказывает синхронизирующее воздействие, в результате которого
восстанавливается нормальное по спектру и мощности излучение,
свойственное здоровому организму. В случаях появления внешнего,
нарушающего функционирование клеток, фактора запускается система
поддержания гомеостаза: в бислойных липидных мембранах клеток
возбуждаются акустоэлектрические колебания, возникают временные
структуры из белковых молекул, которые способствуют восстановлению
нормального функционирования клеток и играют роль антенных систем. В
этом случае информационноуправляющая роль ЭМИ КВЧ особо значима
(Голант М. Б., Мудрик Д. Г., Реброва Т. Б., 1991). В соответствии с подходом,
разработанным ИРЭ АН СССР (Лебедева Н. Н., Тарасова О. П., Холодов Ю.
А., 1992), первичной молекулярной мишенью при воздействии ММ - волн
являются рецепторные белки на мембранах клетки. Воздействие на
рецепторные белки осуществляется через молекулы воды, которые в
основном и поглощают КВЧ - излучение. Непосредственными приемниками
КВЧ - излучения являются молекулы свободной воды, которые часть своей
энергии передают молекулам связанной, гидратной, воды. Принципиальным
для запуска биологического эффекта КВЧ-волн является критическая
гидратация белков, при которой белки из функционально пассивного
переходят в функционально активное состояние. Рецепторные белки,
испытавшие фазовый переход, оказывают решающее влияние на
метаболические процессы, происходящие в клетках. Подтверждением этого
подхода служит анализ биохимических сдвигов в крови больных ИБС,
который позволил выявить изменение физико-химических свойств крови и
липидного состава биологических мембран под воздействием КВЧ излучения (Рубин В. И., Мельникова Г. Я., 1992).
Физиологическую концепцию КВЧ-эффекта выдвинул И. В. Родштат
(1998). Согласно этой концепции первичной мишенью КВЧ-излучения
являются молекулы воды, связанные с белковыми структурами кожного
коллагена. Электретное состояние коллагена и его пьезоэлектрические
свойства обусловливают возбуждение чувствительного нервного волокна в
кожных рецепторах – тельцах Руффини (Пасечник В. И., 1975). В зоне
досягаемости КВЧ-излучения в коже располагается множество структур:
кожные рецепторы, свободные нервные окончания, иммунокомпетентные
клетки (Т-лимфоциты), микрокапиллярные кровеносные сосуды. После
возбуждения кожных структур информация передается по обычным для
организма каналам, связанным с защитной и регуляторной системами
организма (Бецкий О. В., 1992). Далее возможно возбуждение
преганглионарных синаптических нейронов боковых рогов спинного мозга и
расположенных в вегетативных ганглиях нейронов, которые выделяют в
синаптические щели и сосудистое русло адреналин, норадреналин и т.д. В
ЦИТО им. Н. Н. Приорова были проведены первые исследования,
показавшие, что под влиянием ММ - волн в цитоплазме Т_лимфоцитов
активируется синтез цитокинов. При этом эффект реализовывался не при
непосредственном облучении клеток, а при добавлении порции КВЧобработанных клеток к аутологичным лимфоцитам, то есть передача
информации происходила от клеток к клеткам посредством клеточных
регуляторов-цитокинов. Описанный эффект может лежать в основе
иммуномодулирующего действия ММ-волн.
В работах профессора Н.А. Темурьянца показан результат воздействия
ЭМИ КВЧ на нервную, эндокринную и иммунную системы, который
выражался в увеличении защитно-приспособительного потенциала системы
крови здоровых людей и интактных животных. Длительное время
обсуждался вопрос о возможности влияния ЭМИ КВЧ на здоровых людей.
Считалось, что эффект воздействия ММ-волн возникает только при наличии
каких-либо изменений в функциональном состоянии организма.
Результаты многочисленных экспериментов и клинических испытаний
позволили прийти к выводу о праймирующем эффекте ММ-волн, т.е.
эффекте, готовящем организм к последующему восприятию какого-либо
стрессорного фактора за счет изменения активности стресс-реализующей и
стресс-лимитирующей систем, что важно для использования КВЧ-терапии в
профилактических целях. Результаты, полученные при использовании КВЧизлучения с лечебной целью, позволили академику И. В. Родштату назвать
механизмы ММ-терапии механизмами «продления жизни» (1992). К этим
результатам в первую очередь относятся: – исчезновение лабораторных
признаков ДВС-синдрома; – уменьшение госпитальной летальности в ряде
клинических учреждений на 12%; – профилактическое либо лечебное
действие на процесс старения кожи и ткани печени (связанное с увеличением
в клетке напряженности пентозофосфатного метаболизма под действием
ММ-волн, что способствует синтезу рибонуклеиновой кислоты). Таким
образом, многофакторный характер влияния на организм КВЧ-излучения,
затрагивающий все основные звенья патогенеза заболеваний человека,
обусловливает вовлечение в реакцию на КВЧ-воздействие всего организма.
Большие перспективы в биологии, медицине и оздоровительной сфере
открываются в связи с появлением нового метода воздействия на организм
человека, основанного на сверхслабых излучениях КВЧ-диапазона. В основе
этого метода лежит использование излучения собственного обратного (ИСО)
КВЧ-диапазона. Сам метод в медицинской литературе обозначается как
«терапия фоновым резонансным излучением» (Карнаухова Е.В., 2004;
Методические рекомендации МЗ РФ № 99/01).
Тенденцией развития современных исследований по биологическим и
терапевтическим эффектам (ЭМИ) КВЧ диапазона является поиск и
клиническая проверка новых по отношению к известным (42, 53 и 61 ГГц),
терапевтических частот, которые конструктивно выделены в нашем
устройстве отдельно по всей цепи высокочастотного тракта: усилительная
антена-линза
Френеля-волновод-усилитель-волновод-рассеивающая
радиолинза. Наличие ощутимых биологических эффектов установлено
(Афромеев В. И., Загуральский Н. Ф., Кругликов И. Т.) на опытах для длин
волн ЭМИ 2,5 мм; также предлагается, что терапевтическими могут являться
ЭМИ с длинами волн 1,7; 0,9; 0,77 мм. Биоинформационная значимость ЭМИ
должна возрастать с увеличением частоты, поскольку снижается уровень
сигналов помехи, наиболее естественными биоинформационными частотами
являются частоты УФ, ИК и коротковолновой части КВЧ-диапазона. Авторы
создали высококогерентный генератор, работающий в диапазоне 100—160
ГГц.
Кроме того, при создании нашего устройства учитывался опыт
использования
способа
оптико-микроволнового
воздействия
на
биологические объекты (Гвоздев В. И., Подковырин С. И.) где
эффективность воздействия достигается путем объединения положительных,
свойств лазерного (большая глубина проникновения и малая область
облучения) и микроволнового (информационное воздействие на
биологическую среду). Микроволновый сигнал модулирует несущее
лазерное излучение, которым облучается (в нашем случае) реципиент.
Основным механизмом, обуславливающим нелинейные эффекты в живом
организме, является вынужденное комбинационное рассеяние света.
Возбуждение определенного колебательного (вращательного) спектра
молекул обуславливает лечебный эффект КВЧ-терапии. Наряду с ним
дополнительно будет проявляться эффект от лазерного излучения.
Кроме того, важно отметить следующие работы: "Основные результаты
научно-исследовательских работ в области физической электроники (19981999 гг.)", Москва, Научный совет РАН по Физической электронике, 2000,
с.20-21.: В Московском государственном инженерно-физическом институте
получено экспериментальное подтверждение механизма, согласно которому
клеточный геном (помимо мембраны) клеток лимфоцитов человека является
одной из основных мишеней взаимодействия ЭМП КВЧ с клетками.
Установление этой мишени позволяет перейти к моделированию
направленных биологических воздействий ЭМП КВЧ с целью корректировки
различных патологий. Показано, при определенных специфических
параметрах воздействия на клетки, слабые ЭМП вызывают изменения в
конформации хроматина, генной экспрессии и клеточном делении.
Установлено, что эффекты слабых ЭМП на клетки нелинейно усиливаются
межклеточным взаимодействием, в том числе на уровне вторичных
медиаторов, таких как ионы и радикалы.
В Научно-исследовательском ФТИ Нижегородского госуниверситета
проведен цикл исследований реакции дермальных фибробластов и
полиморфноядерных лейкоцитов крови человека in vitro на воздействие
электромагнитным излучением (ЭМИ) типа «белый» шум диапазона частот
53-78 ГТц. С помощью морфологического, морфометрического и
иммунопериксидазного методов установлено, что при величине удельной
спектральной плотности мощности шума (СПМШ) не менее 5.10-18 Вт/см2
Гц и экспозициях 20, 30 мин., ЭМИ усиливает в среднем на 20% и 60%,
соответственно, пролиферацию дермальных фибробластов человека. Эффект
КВЧ-воздействия реализуется через интенсификацию процессов синтеза
ДНК.